[论文解读] Extending bimetric models of massive gravity to avoid to rely on the Vainshtein mechanism on local scales and the Higuchi bound on cosmological scales

Antonio De Felice, Shinji Mukohyama+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用 2

一句话总结

本文提出了一种在双度规大质量引力中依赖环境的引力子质量，以在局部尺度上规避Vainshtein机制，在宇宙学尺度上规避Higuchi界。通过使引力子质量和强耦合尺度随局部能量密度动态依赖，该模型在保持与局部引力测试一致性和宇宙学稳定性的同时，实现了现象学上可行且紫外完成的框架。

ABSTRACT

This article extends bimetric formulations of massive gravity to make the mass of the graviton to depend on its environment. This minimal extension offers a novel way to reconcile massive gravity with local tests of general relativity without invoking the Vainshtein mechanism. On cosmological scales, it is argued that the model is stable and that it circumvents the Higuchi bound, hence relaxing the constraints on the parameter space. Moreover, with this extension the strong coupling scale is also environmentally dependent in such a way that it is kept sufficiently higher than the expansion rate all the way up to the very early universe, while the present graviton mass is low enough to be phenomenologically interesting. In this sense the extended bigravity theory serves as a partial UV completion of the standard bigravity theory. This extension is very generic and robust and a simple specific example is described.

研究动机与目标

• 在不依赖Vainshtein屏蔽机制的前提下，解决大质量引力与广义相对论局部测试之间的张力。
• 绕过标准大质量引力中在de Sitter时空上对引力子质量施加限制的Higuchi界。
• 确保强耦合尺度在整个宇宙历史中（包括早期宇宙）始终高于哈勃速率。
• 提供一种通用且稳健的大引力理论扩展，使其在高能下部分完成。
• 构建一个现象学上可行的模型，其当前引力子质量足够低，与观测一致。

提出的方法

• 引入随局部能量密度变化的环境依赖引力子质量，打破固定质量参数的假设。
• 修改双度规作用量，引入与局部曲率或物质密度耦合的标量场或函数，动态调节引力子质量。
• 在高密度和低密度区域推导线性化运动方程，以评估屏蔽效应与稳定性。
• 分析de Sitter极限，验证由于质量项的环境依赖性，Higuchi界得以规避。
• 评估强耦合尺度作为能量密度的函数，确保其在所有宇宙时期均高于哈勃速率。
• 构建一个具体且最小化的模型实例，以证明其一致性和稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不引入Vainshtein机制的前提下，使大质量引力与局部引力测试相容？
• RQ2 依赖环境的引力子质量是否可使Higuchi界在宇宙学尺度上被规避？
• RQ3 在宇宙演化过程中，强耦合尺度能否保持足够高，同时维持当前引力子质量较低？
• RQ4 该扩展的大引力模型是否稳定，且无胶子或快子型不稳定性？
• RQ5 该扩展能否作为标准大引力理论的部分紫外完成？

主要发现

• 该模型通过让引力子质量随局部密度自适应调整，成功避免了在局部尺度上对Vainshtein机制的依赖，从而保持与太阳系测试的一致性。
• 由于引力子质量的环境依赖性，宇宙学尺度上的Higuchi界被规避，从而放松了对参数空间的约束。
• 在高密度区域，强耦合尺度被动态提升，确保其在早期宇宙中仍高于哈勃速率。
• 当前引力子质量足够低，符合当前宇宙学与天体物理学的观测约束，具有现象学可行性。
• 在de Sitter极限下，该扩展理论在小扰动下稳定，且未出现胶子或快子型不稳定性。
• 构建了一个简单且具体的模型实例，证明了其作为大引力最小扩展的稳健性与普适性。